Método y sistema de calentamiento para calentar un sistema de conducciones de fluidos, en particular en un vehículo de motor.

Método para calentar un sistema de conducciones de fluidos (1) con al menos dos elementos de calefaccióneléctricos (R1,

R2, R3), donde los elementos de calefacción (R1, R2, R3) son accionados eléctricamente en paraleloy cada elemento de calefacción (R1/ R2/ R3) es alimentado por separado por una corriente (I1/ I2/ I3) que funciona de forma controlada para ajustar su potencia de calentamiento, que se caracteriza por que cada elemento de calefacción(R1/ R2/ R3) es alimentado por separado con su propio voltaje o tensión de servicio o trabajo (U1/ U2/ U3), deforma que cada tensión de servicio (U1/ U2/ U3) es alimentada por una tensión de trabajo (U) por medio de un mandoPWM sincronizado para regular la potencia o energía de calentamiento con un factor de trabajo (m) determinado,donde la corriente o intensidad de trabajo (I1/ I2/ I3) resulta de un valor efectivo de la tensión de servicio sincronizada (U1/ U2/ U3) y de una resistencia presente respectiva (R(T)) del elemento de calefacción (R/ R/ R).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/065844.

Solicitante: VOSS AUTOMOTIVE GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: LEIERSMUHLE 2-6 51688 WIPPERFÜRTH ALEMANIA.

Inventor/es: SCHULER, THOMAS, BORGMEIER,Olav, ETSCHEID,TOBIAS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G05D23/19 SECCION G — FISICA.G05 CONTROL; REGULACION.G05D SISTEMAS DE CONTROL O DE REGULACION DE VARIABLES NO ELECTRICAS (para la colada continua de metales B22D 11/16; dispositivos obturadores en sí F16K; evaluación de variables no eléctricas, ver las subclases apropiadas de G01; para la regulación de variables eléctricas o magnéticas G05F). › G05D 23/00 Control de la temperatura (disposiciones de conmutación automática para los aparatos de calefacción eléctricos H05B 1/02). › caracterizado por la utilización de medios eléctricos.
  • G05D23/24 G05D 23/00 […] › teniendo el elemento sensor una resistencia que varía con la temperatura, p. ej. una termistancia.

PDF original: ES-2399176_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Método y sistema de calentamiento para calentar un sistema de conducciones de fluidos, en particular en un vehículo de motor

La presente invención se refiere inicialmente conforme al tópico de la reivindicación 1, a un método para calentar un sistema de conducción de fluidos con al menos dos elementos eléctricos de calefacción.

Además la invención se refiere también según el tópico de la reivindicación 6, a un sistema de calefacción para un sistema de conducción de fluidos con al menos dos elementos eléctricos de calefacción y en particular a la aplicación del método conforme a la invención.

Respecto al estado de la técnica se hace referencia, por ejemplo a los documentos DE 41 35 082 C1, WO 2007/073286 A1, EP 1 985 908 A1 así como EP 1 764 541 A1.

Los sistemas de conducción de fluidos calentables se emplean frecuentemente en los vehículos a motor, y en particular para aquellos medios que tienden a congelarse a una temperatura ambiente relativamente alta debido a su punto de congelación. Por ello determinadas funciones pueden verse perjudicadas. Este es por ejemplo el caso en las conducciones de agua para instalaciones de lavado de discos, pero en particular en conducciones para una solución acuosa de urea, que se emplea como aditivo de reducción del NOx para motores diesel con los llamados catalizadores de SCR. Por lo tanto se pueden activar a temperaturas bajas los elementos eléctricos de calefacción, para evitar la congelación o bien para descongelar el medio ya congelado.

Dichos sistemas de conducción de fluidos constan en general, en particular el EP 1 985 908 a1 (Fig. 13, 14) así como también el WO 2007/073286 A1, de al menos una conducción de fluidos (cañerías o tubos flexibles) con dos empalmes a ambos extremos de la conducción (conectores) . La conducción de fluidos presenta un elemento de calefacción eléctrico en forma de un alambre que calienta-bobinado que va por la conducción a modo de espira, y al menos uno de los empalmes (WO 2007/073286 A1) o bien ambos empalmes (EP 1 985 908 A1) está provisto asimismo de un elemento de calefacción eléctrico en forma de un cable calefactor-bobinado. Habitualmente todos los elementos calefactores están conectados en serie y están unidos a una alimentación de corriente o voltaje común (véase en particular en EP 1 985 908, fig. 14a, 14b) . De todo ello surge el problema de que cada uno de los elementos de calefacción debe tener un diseño especial para el correspondiente sistema de conducción en lo que se refiere a su potencia calorífica, y adaptarse a la longitud de la conducción de fluido respectiva. Esto conduce a un gran gasto para poder disponer de las distintas variantes.

El documento EP 1 764 541 A1 describe una conducción de fluidos calentable, en la cual se disponen al menos un conductor de calefacción eléctrico y al menos dos conducciones de abastecimiento eléctricas a lo largo de la tubería, donde el conductor de calefacción está unido de un modo alterno a una de las dos conducciones de abastecimiento de energía, y de un modo alterno a un polo + y a un polo – de la tensión de alimentación. Los lugares o puntos de unión se han previsto a lo largo de la tubería situados a la misma distancia unos de otros. La unión del conductor eléctrico con las conducciones de abastecimiento se realiza, por ejemplo, a través de soldaduras o engarces. Mediante esta configuración la conducción de fluidos posee una potencia calorífica constante por unidad de longitud. Con ello la conducción de fluidos puede fabricarse previamente en grandes longitudes y se puede alargar de manera que cada longitud de tubería alargada presente la misma potencia calorífica por unidad de longitud. Esta conocida conducción de fluidos tiene, no obstante, el inconveniente de que el coste del material es relativamente elevado, ya que adicionalmente al conductor eléctrico calefactor o a los conductores se debe contar con dos conducciones de abastecimiento. En la fabricación el gasto es elevado debido a los puntos de unión alternos necesarios entre el conductor calefactor y las conducciones de abastecimiento. Cada conducción de fluidos calentable preparada previamente de este modo posee una potencia calorífica establecida por unidad de longitud. Pero si se requieren distintas potencias caloríficas por unidad de longitud para distintos casos de aplicación, es preciso una fabricación previa de diferentes conducciones de fluidos calentables con las respectivas potencias caloríficas necesarias por unidad de longitud, de manera que se necesita un almacén o tener existencias de las conducciones de fluidos requeridas. Todo ello da lugar a costes de fabricación elevados.

El documento DE 4034635 C1 describe un procedimiento para accionar un calentador eléctrico en el cual en un bloque de calefacción existen cinco cuerpos calefactores conectados en estrella en un punto que están conectados a tres fases de una red trifásica. Por medio de un dispositivo de mando los cuerpos calefactores se pueden conectar a varias etapas de potencia de calefacción.

La presente invención tienen el cometido de evitar los inconvenientes descritos y para ello pretende crear un procedimiento y un sistema de calefacción para calentar un sistema de conducción de fluidos, para poder optimizar de un modo simple y especialmente económico la potencia de calefacción eléctrica, independientemente de la longitud de la conducción y del número de elementos calefactores eléctricos.

De acuerdo con la invención esto se consigue con el método definido en la reivindicación 1, en el que son elementos calefactores se accionan en paralelo eléctricamente y cada elemento calefactor es alimentado por separado por una corriente o intensidad de trabajo regulada de forma especial, para ajustar su potencia calorífica. Para ello cada elemento calefactor se alimenta por separado con una propia tensión o voltaje de trabajo de manera que cada tensión de trabajo procede de una tensión de abastecimiento o alimentación, en particular de corriente continua, de una batería de coche por medio de un mando PWM (modulación de la amplitud pulsátil) sincronizado con un determinado factor de trabajo para la regulación de la potencia calorífica. Con ello, la correspondiente corriente o intensidad de trabajo es el resultado de un valor efectivo de la tensión de trabajo sincronizada y de una resistencia real, dependiente de la temperatura, del elemento calefactor.

Preferiblemente la correspondiente potencia de calefacción real de cada elemento calefactor puede ser regulada por medio de la variación del factor de trabajo-PWM respecto a cada potencia calorífica teórica preestablecida.

Un sistema de calefacción conforme a la invención es el objetivo de la reivindicación 6 independiente, según la cual los elementos calefactores están conectados eléctricamente en paralelo y son regulados por medio de un elemento de control aparte para el ajuste individual de la potencia de calefacción. Para ello los elementos de mando o control son controlados por una unidad reguladora para controlar las potencias caloríficas de cada uno de los elementos de calefacción.

Otras configuraciones preferidas de la invención se describen en las reivindicaciones y a continuación.

Con ayuda de los dibujos se puede tener una idea más clara de la invención.

Figura 1 Una configuración a modo de ejemplo de un sistema de conducción de fluidos calentable eléctricamente en una representación en perspectiva con un sistema de calefacción con tres elementos calefactores visualizados esquemáticamente como símbolos de conexión.

Figura 2 Otro tipo de esquema del cuadro de conexiones del sistema de conducción y de calefacción conforme a la figura 1

Figura 3 Otro cuadro de conexiones de un sistema de calefacción conforme a la invención en una representación simplificada Figura 4 Un cuadro de conexiones básico para aclarar el control de los elementos calefactores en una conexión en paralelo Figura 5 Un cuadro de conexiones a modo de bloques de una unidad reguladora conforme a la invención Figura 6 Un cuadro de conexiones simplificado a modo de bloques respecto al principio fundamental de la unidad reguladora Figura 7 Una representación esquemática de los bloques de una etapa o paso excitador

Figura 8 Un cuadro de conexiones similar al de la figura 3 con un modo de conexión alternativo de los elementos de calefacción existentes y

Figura 9 Diagramas para aclarar la modulación PWM de la tensión de alimentación para producir las tensiones de trabajo moduladas para los elementos de calefacción.

En las distintas figuras las piezas que son iguales tienen siempre los mismos números de referencia.

En la figura... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método para calentar un sistema de conducciones de fluidos (1) con al menos dos elementos de calefacción eléctricos (R1, R2, R3) , donde los elementos de calefacción (R1, R2, R3) son accionados eléctricamente en paralelo y cada elemento de calefacción (R1/ R2/ R3) es alimentado por separado por una corriente (I1/ I2/ I3) que funciona de forma controlada para ajustar su potencia de calentamiento, que se caracteriza por que cada elemento de calefacción (R1/ R2/ R3) es alimentado por separado con su propio voltaje o tensión de servicio o trabajo (U1/ U2/ U3) , de forma que cada tensión de servicio (U1/ U2/ U3) es alimentada por una tensión de trabajo (U) por medio de un mando PWM sincronizado para regular la potencia o energía de calentamiento con un factor de trabajo (m) determinado, donde la corriente o intensidad de trabajo (I1/ I2/ I3) resulta de un valor efectivo de la tensión de servicio sincronizada (U1/ U2/ U3) y de una resistencia presente respectiva (R (T) ) del elemento de calefacción (R/ R/ R) .

2. Método conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza por que la potencia de calentamiento real respectiva (Preal) de cada elemento de calefacción (R1/ R2/ R3) viene regulada modificando el factor de trabajo PWM (m) respecto a una potencia de calefacción teórica predefinida (Pteórica) .

3. Método conforme a la reivindicación 1 ó 2, que se caracteriza por que una vez para inicializar al comienzo del funcionamiento y luego posteriormente de forma cíclica durante el funcionamiento en un ciclo de medición, se determina la resistencia real R (T) para cada elemento de calefacción (R1-R3) y a partir de este valor se calcula el factor de trabajo PWM (m) para la potencia de calentamiento (Pteórica) teórica predefinida respectivamente.

4. Método conforme a la reivindicación 3, que se caracteriza por que en cada ciclo de medición con la corriente de trabajo (I1/ I2/ I3) temporalmente desconectada, se envia una corriente de medicion constante (IM) determinada a través del correspondiente elemento de calefacción (R1/ R2/ R3) , se averigua la caída de tensión resultante (UM) , y luego se determina la resistencia real (R (T) = UM/IM) a partir de estos valores.

5. Método conforme a una de las reivindicaciones 1 hasta 4, que se caracteriza por que los elementos de calefacción (R1-R3) son accionados con una desviación del tiempo con respecto al control PWM, de manera que sus señales PWM no se solapan o bien solo parcialmente.

6. Sistema de calefacción para un sistema de conducción de fluidos (1) con al menos dos elementos de calefacción eléctricos (R1, R2, R3) , en particular para la aplicación del método conforme a una de las reivindicaciones anteriores, donde los elementos de calefacción (R1/ R2/ R3) están conectados eléctricamente en paralelo y cada uno de ellos a un elemento de control aparte (T1/ T2/ T3) , de manera que cada elemento de calefacción (R1, R2, R3) se puede controlar a través de su elemento de control asociado (T1, T2, T3) para el ajuste individual de su potencia de calentamiento, que se caracteriza por que los elementos de control (T1-T3) son accionados por una unidad reguladora (6) que regula la potencia de calefacción de cada uno de los elementos individuales de calefacción (R1, R2, R3) , donde cada elemento de control (T1-T3) está formado por un transistor y puede ser accionado por un circuito excitador (30.1-30.3) de la unidad reguladora (6) , y donde cada circuito excitador (30) es accionado por un modulador de la amplitud pulsátil (18) con un factor de trabajo (m) variable para el ajuste de la potencia de calentamiento.

7. Sistema de calefacción conforme a la reivindicación 6, que se caracteriza por que al menos uno de los elementos de calefacción (R1, R2) consta de una pluralidad de elementos de calefacción individuales (RL1, RL2; RV1, 1, RV1, 2 ;RV2, 1, RV2, 2) conectados en serie y/o en paralelo.

8. Sistema de calefacción conforme a la reivindicación 6 ó 7, que se caracteriza por que la unidad reguladora

(6) se encuentra en una caja de empalme (8) colocada en la zona de una conducción (L) y/o de un conector de conducciones (V1;V2) .

9. Sistema de calefacción conforme a una de las reivindicaciones 6 hasta 8, que se caracteriza por que la unidad reguladora (6) consta de un microcontrolador (14) , que ajusta el factor de trabajo (m) del modulador PMW

(18) para cada uno de los elementos de calefacción (R1-R3) que tiene que ser regulado.

10. Sistema de calefacción conforme a cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, que se caracteriza por que la unidad reguladora (6) presenta un suministro constante de corriente (36) con un dispositivo de conexión conectado (38) , a través del cual se puede enviar una corriente de medicion constante (IM) a través de cada elemento de calefacción (R1-R3) en un ciclo de medicion con la intensidad o corriente de trabajo (I1-I3) desconectada, donde la unidad reguladora (6) se ha diseñado de tal forma que en base a la intensidad de medicion constante (IM) y a una tensión decreciente (UM) aplicada al elemento de calefacción correspondiente (R1-R3) , se calcula la resistencia real (R (T) ) del elemento de calefacción (R1-R3) , de manera que en un funcionamiento posterior se determina la potencia de calentamiento respectiva (Preal) como el valor actual o real para cada elemento de calefacción (R1-R3) , en base a la tensión de trabajo (U1-U3) , o bien a la corriente de trabajo resultante (I1-I3) , y a la resistencia (R (T) ) calculada en el ciclo de medición anterior.

11. Sistema de calefacción conforme a la reivindicación 10, que se caracteriza por que la unidad reguladora (6) regula el valor real respecto al valor teórico por comparación del valor real de la potencia de calentamiento respectiva (Preal) con un valor teórico predefinido (Pteórica) y por variación del factor de trabajo (m) - PWM.


 

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